实验三：主存空间的分配与回收

学号： 3107006656 姓名：杨浩良协作者：

实验三题目主存空间的分配与回收第十周星期五

一、实验目的

设计一个可变式分区分配的存储管理方案。并模拟实现分区的分配和回收过程。

对分区的管理法可以是下面三种算法之一：

首次适应算法

循环首次适应算法

最佳适应算法

二、实验内容和要求

主存的分配和回收的实现是与主存储器的管理方式有关的。所谓分配，就是解决多道作业或多进程如何共享主存空间的问题。所谓回收，就是当作业运行完成时将作业或进程所占的主存空间归还给系统。

可变分区管理是指在处理作业过程中建立分区，使分区大小正好适合作业的需求，并且分区个数是可以调整的。当要装入一个作业时，根据作业需要的主存量查看是否有足够的空闲空间，若有，则按需要量分割一个分区分配给该作业；若无，则作业不能装入，作业等待。随着作业的装入、完成，主存空间被分成许多大大小小的分区，有的分区被作业占用，而有的分区是空闲的。

实验要求使用可变分区存储管理方式，分区分配中所用的数据结构采用空闲分区表和空闲分区链来进行，分区分配中所用的算法采用首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法三种算法来实现主存的分配与回收。同时，要求设计一个实用友好的用户界面，并显示分配与回收的过程。

三、实验主要仪器设备和材料

实验环境：硬件环境：IBM-PC或兼容机

软件环境：Visual C++6.0

四、实验原理及设计方案

采用可变分区管理，使用首次或最佳适应算法实现主存的分配和回收

1、可变分区管理是指在处理作业过程中建立分区，使分区大小正好适合作业的需求，并且分区个数是可以调整的。当要装入一个作业时，根据作业需要的主存量查看是否有足够的空闲空间，若有，则按需要量分割一个分区分配给该作业；若无，则作业不能装入，作业等待。随着作业的装入、完成，主存空间被分成许多大大小小的分区，有的分区被作业占用，而有的分区是空闲的。

为了说明那些分区是空闲的，可以用来装入新作业，必须有一张空闲说明表

例如：

10k

20k

45k

65k

110k

256k

空闲区说明表格式如下：

第二栏

长度——指出从起始地址开始的一个连续空闲的长度。

状态——有两种状态，一种是“未分配”状态，指出对应的由起址指出的某个长度的区域是空闲区；另一种是“空表目”状态，表示表中对应的登记项目是空白（无效），可用来登记新的空闲区（例如，作业完成后，它所占的区域就成了空闲区，应找一个“空表目”栏登记归还区的起址和长度且修改状态）。由于分区的个数不定，所以空闲区说明表中应有适量的状态为“空表目”的登记栏目，否则造成表格“溢出”无法登记。

2、当有一个新作业要求装入主存时，必须查空闲区说明表，从中找出一个足够大的空闲区。有时找到的空闲区可能大于作业需要量，这时应把原来的空闲区变成两部分：一部分分给作业占用；另一部分又成为一个较小的空闲区，留在空闲区表中。为了尽量减少由于分割造成的空闲区，尽可能分配低地址部分的空闲区，而尽量保存高地址部分有较大的连续空闲区域，以利于大型作业的装入。为此，在空闲区说明表中，把每个空闲区按其地址顺序从低到高登记，即每个后继的空闲区其起始地址总是比前者大。为了方便查找还可使表格“紧缩”，总是让“空表目”项留在表格的后部。

3、采用最先适应算法（顺序分配算法）分配主存空间。

按照作业的需要量，查空闲区说明表，顺序查看登记栏，找到第一个能满足要求的空闲区。当空闲区大于需要量时，一部分用来装入作业，另一部分仍为空闲区登记在空闲区说明表中。

由于本实验是模拟主存的分配，所以把主存区分配给作业后并不实际启动装入程序装入作业，而用输出“分配情况”来代替。

4、当一个作业执行完成撤离时，作业所占的分区应该归还给系统，归还的分区如果与其它空闲区相邻，则应合成一个较大的空闲区，登记在空闲区说明表中。例如，在上述中列举的情况下，如果作业2撤离，归还所占主存区域时，应与上、下相邻的空闲区一起合成一个大的空闲区登记在空闲区说明表中。

流程图：图3-1首次适应分配模拟算法

图3-2主存回收算法

程序源代码：

1、源程序名和执行程序名：主存空间的分配与回收.C 主存空间的分配与回收.exe

2、 (1) 运行平台: Windows XP

(2) 设计平台：Win-TC

(3) 运行环境：Win-TC中文DOS环境

3、程序源代码

运行结果：

1.初始界面：

2

3

五、实验总结：

这次实验比较复杂，用了很多时间，但同时收获了很多，对主存空间分配认识加深了很多。

七、思考题

1、内存的主要分配方式有哪些？回收时可能出现的什么情况？应怎样处理这些情况？答：内存的主要分配方式有“单一连续分配”、“固定分区分配”和“动态分区分配”。

当进程运行完毕释放内存时，系统根据回收区的首址，从空闲链（表）中找到相应的插入点，此时可能出现以下四种情况之一：

（1）回收区与插入点的前一个空闲分区F1相邻接。此时应将回收区与插入点的前一分区合并，不必为回收分区分配新表项，而只需修改其前一分区F1的大小。

（2）回收分区与插入点的后一空闲分区F2相邻接。此时也可将两分区合并，形成新的空闲分区，但用回收区的首址作为新空闲区的首址，大小为两者之和。

（3）回收区同时与插入点的前、后两个分区邻接。此时将三个分区合并，使用F1的

表项和F1的首址，取消F2的表项，大小为三者之和。

（4）回收区既不与F1邻接，又不与F2邻接。这时应为回收区单独建立一新表项，填写回收区的首址和大小，并根据其首址插入到空闲链中的适当位置。

2、动态分区管理的常用内存分配算法有哪几种？比较它们各自的使用范围。

（1）首次适应算法。分配内存时，从链首开始顺序查找，直至找到一个大小能满足要求的空闲分区为止；然后再按照作业的大小，从该分区中划出一块内存空间分配给请求者，余下的空闲分区仍留在空闲链中。若从链首至链尾都不能找到一个满足要求的分区，则此次内存分配失败，返回。该算法倾向于优先利用内存中低地址部分的空闲分区，从而保留了高地址部分的大空闲区。这给为以后到达的大作业分配大的内存空间创造了条件。其缺点是低地址部分不断被划分，会留下许多难以利用的、很小的空闲分区，而每次查找又都是从低地址部分开始，但会增加查找可用空闲分区时的开销。

（2）循环首次适应算法。在为进程分配内存空闲时，不再是每次都从链首开始查找，而是从上一次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，直到找到一个能满足要求的空闲分区，从中划出一块与请求大小相等的内存空间分配给作业。该算法能使内存中的空闲分区分布得更均匀，从而减少了查找空闲分区时的开销，但这样会缺乏大的空闲分区。

（3）最佳适应算法。所谓“最佳”是指每次为作业分配内存时，总是把能满足要求、又是最小的空闲分区分配给作业，避免“大材小用”。孤立地看，最佳适应算法似乎是最佳的，然而在宏观上却不一定。因为每次分配后所切割下来的剩余部分总是最小的，这样，在存储器中会留下许多难以利用的小空闲区。